計(jì)量論壇

標(biāo)題: 電聲學(xué) [打印本頁]

作者: csxfjsw123 時(shí)間: 2007-1-4 08:32
標(biāo)題: 電聲學(xué)
　　電聲學(xué)是研究聲電相互轉(zhuǎn)換的原理和技術(shù)，以及聲信號(hào)的存儲(chǔ)、加工、傳遞、測(cè)量和利用的科學(xué)。它所涉及的頻率范圍很廣泛，從極低頻的次聲一直延伸到幾十億赫的特超聲。不過通常所指的電聲，都屬于可聽聲范圍。
　　電聲技術(shù)的歷史最早可以追溯到19世紀(jì)，由愛迪生發(fā)明留聲機(jī)和貝爾發(fā)明用于電話機(jī)的碳粒傳聲器開始，1881年曾有人以兩個(gè)碳粒傳聲器連接幾對(duì)耳機(jī)，作了雙通路的立體聲傳遞表演。大約在1919年第一次用電子管放大器和電磁式揚(yáng)聲器做了擴(kuò)聲實(shí)驗(yàn)。
　　在第一次世界大戰(zhàn)以后，科學(xué)家們把機(jī)電方面的研究成果應(yīng)用于電聲領(lǐng)域中，于是電聲學(xué)就有了理論基礎(chǔ)。隨著電聲換能器理論的發(fā)展，較為完善的各類電聲設(shè)備和電聲測(cè)量儀器相繼問世，較別是20世紀(jì)70年代來，電子計(jì)算機(jī)和激光技術(shù)在電聲領(lǐng)域中的應(yīng)用，大大促進(jìn)了電聲學(xué)的發(fā)展。
　　電聲轉(zhuǎn)換器是把聲能轉(zhuǎn)換成電能或電能轉(zhuǎn)換成聲能的器件，對(duì)它的研究是電聲學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容分支。廣義的電聲換能器應(yīng)用的頻率范圍很寬，包括次聲、可聽聲、超聲換能器。屬于可聽聲頻率范圍內(nèi)的電聲換能器有傳聲器、揚(yáng)聲器、送受話器、助聽器等等。按照換能方式，它們又可以分成電動(dòng)式、靜電式、壓電式、電磁式、碳粒式、離子式和調(diào)制氣流式等。其中后三種是不可逆的，碳粒式只能把聲能變成電能，離子式和調(diào)制氣流式的只能產(chǎn)生聲能。而其他類型換能器則是可逆的，即可用作聲接收器，也可用作聲發(fā)射器。
　　各種電聲換能器，盡管其類型、功用或工作狀態(tài)不同，它們都包含兩個(gè)基本組成部分，即電系統(tǒng)和機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)。在換能器內(nèi)部，電系統(tǒng)和機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)之間通過某種物理效應(yīng)相互聯(lián)系，以完成能量的轉(zhuǎn)換；在其外部，換能器的電系統(tǒng)與信號(hào)發(fā)生器的輸出回路，或前級(jí)放大器的輸入回路相匹配；而換能器的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，以其振動(dòng)表面與聲場(chǎng)相匹配。所以設(shè)計(jì)電聲換能器要同時(shí)考慮到力-電-聲三個(gè)體系。
　　這三種體系是互相牽制的，處理得不好往往會(huì)顧此失彼。例如，一個(gè)有效的磁系統(tǒng)可能會(huì)非常笨重，變成一種令人不能接受的聲障礙物；或者聲輸入阻抗或電輸出阻抗的數(shù)值，可能根本不能與周圍媒質(zhì)或附屬設(shè)備相匹配。由此可見，電聲換能器的設(shè)計(jì)總是在許多相互矛盾的因素中采取折衷的辦法，因而在一定程度上可能還帶有許多主觀判斷的技巧在內(nèi)。
　　電聲技術(shù)是電聲領(lǐng)域中發(fā)展得比較快的一個(gè)分支，在政治、軍事、文化各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。例如，應(yīng)用于有線或無線通信系統(tǒng)，有線或無線廣播系統(tǒng)以及會(huì)場(chǎng)、劇院的擴(kuò)聲；錄音棚、高保真錄放系統(tǒng)等；此外還應(yīng)用于發(fā)展中的聲控語控技術(shù)；以及語言識(shí)別和聲測(cè)等新技術(shù)。總起來說，它主要包括錄放聲技術(shù)、擴(kuò)聲技術(shù)以及與它們有關(guān)的電聲儀器和電聲測(cè)試技術(shù)等。
　　錄放聲技術(shù)是指把自然聲音經(jīng)過一系列技術(shù)設(shè)備 (如傳聲器、錄音機(jī)、拾聲器等)進(jìn)行接收、放大、傳送、存儲(chǔ)、記錄和復(fù)制加工，然后再重放出來供人聆聽的技術(shù)。它研究的主要問題是如何保持自然聲的優(yōu)良的音質(zhì)，即在各個(gè)環(huán)帶以及整個(gè)系統(tǒng)，都具有逼真地保持聲音信號(hào)原來面貌的能力，包括對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行必要的美化和加工。
　　聲頻放聲裝置，可分成四個(gè)部分：輸入端錄聲機(jī)、電唱機(jī)、接收機(jī)是從盒式磁帶、唱片及廣播電波中把希望的節(jié)目作為電信號(hào)提取出來的設(shè)備；前級(jí)控制臺(tái)(包括前置放大器、衰減器、混合網(wǎng)路等)主要作調(diào)音用；功率放大器是將控制臺(tái)的輸出信號(hào)增強(qiáng)到能夠驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)工作的放大器；最后一部分揚(yáng)聲器或耳機(jī)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)，收聽室相當(dāng)于揚(yáng)聲器系統(tǒng)的使用環(huán)境，對(duì)重放音樂的音質(zhì)起很大的作用。
　　擴(kuò)聲系統(tǒng)主要包括：聲源和它周圍的環(huán)境、把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的傳聲器，放大電信號(hào)并對(duì)信號(hào)加工的設(shè)備，傳輸線，把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)的揚(yáng)聲器和聽眾區(qū)的聲學(xué)環(huán)境。擴(kuò)聲不同于放聲之處是傳聲器和揚(yáng)聲器處在同一聲場(chǎng)內(nèi)。因此擴(kuò)聲系統(tǒng)是具有反饋的系統(tǒng)。在通路增益足夠大時(shí)系統(tǒng)就會(huì)失去穩(wěn)定性，并過渡到自振狀態(tài)，產(chǎn)生嘯叫。所以在擴(kuò)聲技術(shù)中除了對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行加工美化外，為了提高擴(kuò)聲系統(tǒng)的最大功率增益，改進(jìn)擴(kuò)聲質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須采取措施來抑制聲反饋所引起的聲音畸變。
　　電聲學(xué)還是一門與人的主觀因素密切相關(guān)的物理科學(xué)，原因是從聲源到接收都擺脫不了人的因素。聲音是多維空間問題(它包括音調(diào)、音色、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度、聲源方位以及噪聲干擾等)，其中每一維變化都對(duì)聽感有影響。復(fù)雜的主觀感受并不是任何儀表所能完全反映出來的，這必須聯(lián)系到生理聲學(xué)和心理聲學(xué)、語言聲學(xué)甚至音樂聲學(xué)和建筑聲學(xué)等各個(gè)方面的問題，因而形成了電聲學(xué)的特色和它的復(fù)雜性。
　　社會(huì)的發(fā)展和生產(chǎn)的需要，對(duì)電聲學(xué)提出了大量的實(shí)際和理論問題。因此電聲學(xué)總的發(fā)展趨勢(shì)是：電聲器件和電聲設(shè)備朝著高保真、立體聲、高抗噪能力、高效率、高通話容量的方向發(fā)展；還要進(jìn)行音質(zhì)評(píng)價(jià)的研究，改善錄放技術(shù)以及聲音加工技術(shù)；新的換能機(jī)理的研究以及新材料的開發(fā)；提高檢測(cè)聲信號(hào)的能力仍是聲測(cè)技術(shù)的主攻方向。
　　總之，只要發(fā)聲過程和聽感(知覺)過程以及與二者互相聯(lián)系的物理和生理上的規(guī)律不斷為人們所掌握，電聲學(xué)便會(huì)不斷有新的發(fā)展，所以電聲學(xué)是蘊(yùn)藏著巨大生命力的學(xué)科。

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